Fertiges gedrucktes Landegestell

Von der Idee zum Objekt – die Toolchain für den 3D-Druck

Mit einem 3D-Drucker lässt sich im Modellbau einiges anstellen, von der Anfertigung von Ersatzteilen bis hin zu Spezialteilen.  Aber wie läuft ein 3D-Druck konkret ab? Welche Schritte und Software-Werkzeuge sind notwendig, um von der Idee zum fertig gedruckten Teil zu gelangen? Dieser Artikel gibt einen Überblick zur Toolchain für den 3D-Druck.

Toolchain und Ergebnisse

Zum Glück für uns Modellbauer sind die Werkzeuge für den 3D-Druck bereits sehr gut ausgereift. Man findet auch im günstigeren Preissegment und sogar im nicht-kommerziellen und Open-Source-Bereich ausreichend Softwarepakete, um als Hobbyist seine Pläne verwirklichen zu können. Aber alles schön der Reihe nach. Sehen wir uns zunächst mal die notwendigen Schritte an und welche Zwischenergebnisse sie hervorbringen:

Toolchain für den 3D-Druck

Toolchain für den 3D-Druck

Alles beginnt mit der Idee für das zu druckende Teil. Weiß man, was es werden soll, muss das Teil als 3D-Modell am Rechner entworfen werden. Das kann man entweder selber mit einem beliebigen CAD-Programm machen oder jemand anders hat das schon gemacht und man kann das Modell aus dem Netz beispielsweise von Thingiverse herunterladen.

Einzige Voraussetzung für beide Varianten ist, dass man das Modell in einem Format beziehen kann, das dann von der 3D-Drucker-Software verstanden wird. In der Regel kann man davon ausgehen, dass das bei den Formaten .obj und .stl der Fall ist.

Das 3D-Drucker-Programm oder genauer gesagt der Slicer errechnet aus dem 3D-Modell die nötigen Anweisungen für den 3D-Drucker. Bei diesem Schritt entsteht der GCode, der beim Flashforge Creator beispielsweise auch in einer binären .x3g-Datei verpackt werden kann.

Mit dieser Datei kann im letzten Schritt am 3D-Drucker das Objekt gedruckt werden. Hat man alles richtig gemacht, kann man sich anschließend am fertigen Objekt erfreuen.

CAD-Programm

Am Anfang der Toolchain steht der Entwurf des Teils, bei dem die Idee am Rechner entwickelt wird und ein 3D-Modell entsteht. Für Ersatzteile im Modellbau werden tendenziell eher „klassische“ CAD-Programme wie AutoCAD oder SolidWorks in Frage kommen als Modellierungs-Werkzeuge. Mit CAD-Anwendungen können die Teile nach Maß konstruiert werden, während Tools zur Modellierung mehr Möglichkeiten zur Freihand-Gestaltung bieten.

Landegestell mit OpenSCAD

Landegestell mit OpenSCAD

Die beiden erwähnten Softwarepakete werden wohl das Budget für den Heimgebrauch sprengen – eine Liste mit Alternativen kann man beispielsweise hier finden. Ich experimentiere gerade mit OpenSCAD. Das ist ein Open Source Programm, bei dem die 3D-Modelle in Textdateien mit einer einfachen Programmiersprache beschrieben werden. Beim Speichern der Datei generiert die Anwendung das geänderte 3D-Modell, damit man die Änderungen unmittelbar begutachten kann.

Wem das eigene Konstruieren zu umständlich ist, hat noch die Möglichkeit auf bereits fertige Modelle zurückzugreifen. Plattformen wie zum Beispiel Thingiverse.com bieten den Nutzern die Möglichkeit 3D-Modelle miteinander auszutauschen. Bei Thingiverse stehen alle Werke unter der Creative Commons Lizenz und können im privaten Rahmen problemlos verwendet werden.

Egal für welchen Weg man sich entscheidet: wichtig ist, dass am Ende eine Datei vorhanden ist, mit der die 3D-Drucker-Software arbeiten kann. Normalerweise kann man davon ausgehen, dass zumindest .obj– und .stl-Dateien gelesen werden können.

Slicer

Landegestell im Replicator G

Landegestell im Replicator G

Hat man ein fertiges Modell vorliegen, benötigt man die 3D-Drucker-Anwendung oder Slicer zum Umwandeln in Anweisungen, die der Drucker versteht. Welches Softwarepaket eingesetzt werden kann, hängt vom 3D-Drucker ab. Für den Makerbot Replicator 2 beispielsweise steht die Makerware zur Verfügung. Beim Flashforge Creator ist Replicator G vorgesehen. Noch habe ich das nicht getestet, aber es soll auch möglich sein, den Creator mit der Makerware zu betreiben, wie dieser Forumseintrag beschreibt.

Ich nutze für meinen Flashforge Creator den Replicator G. In diesen ist Skeinforge  integriert und hat die Aufgabe, das 3D-Modell in Schichten (Slices) für den 3D-Druck zu zerlegen. Jede dieser Schichten wird dann analysiert und in Befehle für den 3D-Drucker umgewandelt. Dieser Ablauf ist sehr kompliziert und kann mit Skeinforge detailliert parametriert werden, wie die große Anzahl an Tools zeigt. Die wichtigsten Parameter wie Drucktemperatur und Bewegungsgeschwindigkeiten können vor jedem Exportvorgang in einem Dialog angegeben werden. Nach dem Slicing erhält man eine .gcode-Datei oder im Fall von Replicator G auch eine .x3g-Datei als Ergebnis, mit der man dann den eigentlichen Druckvorgang starten kann.

Eine nützliche Funktion von Replicator G ist die Schätzung der Druckdauer. Auch wenn sie nicht die exakte Dauer vorhersagen kann, so hat man zumindest einen guten Richtwert zur Verfügung. Sowohl Replicator G als auch Skeinforge sind Open Source verfügbar.

Update 21.12.2014: Inzwischen verwende ich zum Slicen die Software Simplify3D, die ich in diesem Beitrag näher beschrieben habe.

3D-Drucker

Flashforge Creator

Flashforge Creator

Je nach Gerät stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, wie der eigentliche Druckvorgang ablaufen kann. In meinem Fall habe ich beim Creator zwei Möglichkeiten: Die erste ist den Drucker über USB an den Rechner anzustecken. Der Druck erfolgt dabei über Replicator G. Die andere Möglichkeit ist die druckfertige Datei auf eine SD-Karte zu spielen und der Drucker liest die Daten von dort aus. Ich verwende eigentlich immer die SD-Karte, damit der Rechner frei bleibt. Bei anderen Geräten sind zum Teil auch noch andere Schnittstellen wie Ethernet oder WLAN ausgeführt.

Läuft beim Druck alles gut, hat man nach der geschätzten Zeit sein fertiges Objekt in Händen. Zu Beginn sollte man aber einkalkulieren, dass man ein wenig mit den Parametern des Slicers experimentieren muss, bis man wirklich gute Ergebnisse erhält.

Fazit

Der Einstieg in die Welt des 3D-Drucks gestaltet sich weniger schwierig als man befürchten könnte. Einerseits ist die Toolchain für den 3D-Druck überschaubar kurz und andererseits auch flexibel was die Zusammenstellung betrifft. Für jeden Schritt wie das CAD-Zeichnen oder das Slicen gibt es gute Softwareunterstützung und genügend Auswahl, so dass inzwischen für jeden etwas Passendes dabei sein sollte. Wenn man nicht selber zu konstruieren beginnen möchte bieten sich Plattformen für den Austausch von 3D-Modellen wie Thingiverse.com an. Wie heißt es so schön: Alle Wege führen nach Rom.

Wie sieht eure Toolchain aus? Welche Tools verwendet ihr für CAD und Slicing? Welche Alternativen habt ihr getestet und verworfen?

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  1. […] für den Erfolg beim 3D-Druck ist die Slicing-Software: Sie ist in der Toolchain dafür verantwortlich, das 3D-Modell in Befehle für den Drucker zu übersetzen. Die Auswahl an […]

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